《运动控制系统》课程教学大纲

《运动控制系统》课程教学大纲课程课程英文名Motion ControlSystem A0808Z0I代码实验/实践学时学分2总学时32理论学时320《电子技术》、《电机原理与专业教育课程类别课程性质必修先修课程拖动》、《自动控制理论》、课《现代控制理论》机电工程学院适用专业自动化及其相关专业开课学院

一、课程的地位与任务随着电子、信息等高新技术的发展与进步，传统运动控制技术获得了改造、创新的可能和手段,自动化专业的学生除了深刻了解过程控制的原理和系统外，更需要具备运用电子技术（电力电子技术、微电子技术）、现代控制理论和技术实现运动控制系统高新技术改造的能力《运动控制系统》是自动化专业的重要学专业课程，教学目的是培养学生利用所学控制原理知识、控制系统设计知识、电机原理与拖动知识、建模方法、机构运动分析等知识,分析和设计运动控制系统通过课程学习，使学生理解运动控制系统的基本概念，掌握运动控制系统建模的方法，熟练掌握系统性能指标的分析计算方法，理解新型驱动器及智能控制算法在复杂运动控制系统中的应用为今后实现控制工程中有关运动控制系统奠定基础学生通过本课程的学习，可针对电机或气动、液压驱动的多自由度运动机构进行运动分析、动力学分析、位置控制系统设计、速度控制系统设计、伺服运动系统控制器设计等，并掌握典型的运动控制对象，如机器人，并理解在计量领域运动控制相关应用

二、课程目标

1.掌握组成运动系统的驱动、传动、传感、控制等组件的工作原理；

2.具有对多个自由度运动机构建立运动学、简化动力学模型、控制对象建模（传递函数、状态空间等）能力；

3.能够针对多个自由度机构协调运动控制任务，应用控制原理设计串级（位置、速度、电流三环）控制算法，并能进行稳定性分析，应用微控制器和电子、电路知识设计运动控制器；

4.能够将智能控制算法（滑膜变结构）与工程实际常用控制算法PID进行比较和分析，掌握复杂运动控制系统改进方法表1课程目标与相关毕业要求的对应关系毕业要求支撑程度H、M、L课程目标2-33-14-3课程目标1H课程目标2L课程目标3M课程目标4H注

1.支撑强度分别填写H、M或L其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低；

2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述

三、课程主要内容与基本要求1运动控制系统基本概念理解运动的基本概念与分类；掌握运动控制系统的组成和分类；熟练掌握运动控制系统的特点；理解运动机构分析；掌握运动副的概念和描述方法2运动形式与机构掌握常见的运动类型和运动机构；理解常见的传动机构；理解运动机构的串并联与开闭链3运动的数学描述理解运动学基本术语；掌握运动的建模方法；熟练掌握坐标变换；理解动力学建模方法；掌握倒立摆建模与分析4运动的感知掌握旋转变压器，光电传感器，脉冲编码器，光栅，同步器，磁尺，限位开关，电位计等工作原理；理解运动的避障感知；理解全局运动检测5驱动器及其运动调节方式理解致动方式；熟练掌握伺服电机驱动器；理解液压、气压驱动简介；理解新型驱动器简介6伺服电动机模型及控制策略熟练掌握电动机的稳态特性和控制方式；掌握旋转磁场理论；熟练掌握永磁同步伺服电动机工作原理；熟练掌握稳态性能分析方法；熟练掌握基本控制策略分析；熟练掌握矢量控制策略分析7运动控制对象建模与控制算法设计熟练掌握运动控制对象建模；掌握常用伺服控制策略；熟练掌握PID控制算法剖析；熟练掌握滑膜变结构控制基本原理；理解PMSM电机的控制系统设计与仿真8运动控制系统软硬件掌握运动控制器硬件、软件分类；熟练掌握数控机床运动控制系统分析，数控程序简介；理解工业机器人控制器案例分析，编程语言简介

四、课程教学学时安排表2课程学时安排表学生任务教学时教学内容对应课程目标数运动的基本概念与分类；运动理解运动控制系统的完整概念，常用控制系统的组成和分类；运动运动机构等，掌握运动控制系统的特控制系统的特点；运动机构分析；运动副；常见的运动类型2点课程目标1和运动机构；常见的传动机作业1-1,1-2,1-4,1-5,2-1,2-2,构；运动机构的串并联与开闭链；2-3理解运动的描述方法，掌握坐标运动学基本术语；运动建模；变换基本原理坐标变换；动力学建模方法；6课程目标2倒立摆案例分析；作业34,3-4,3-8理解全局运动和运动避障所需传感常用的运动测量传感器旋转器，掌握常用的运动检测传感器变压器，光电传感器；脉冲编作业4-3,4-5,4-6,4-9,4-H或码器，光栅，同步器，磁尺，4课程目标112,4-13或14限位开关，电位计等运动的避障感知；全局运动检测致动方式；伺服电机驱动器；理解致动原理，掌握电动机基本原理液压、气压驱动简介;新型驱2作业5-1,5-4,5-6,5-10课程目标1动器简介；伺服电动机模型及控制策略熟练掌握电动机模型及其控制测量、电动机的稳态特性和控制方旋转磁场理论，掌握永磁同步电机模式；旋转磁场理论；永磁同步型及其控制策略分析方法课程目标1伺服电动机工作原理，数学模6作业课程目标3型，稳态性能；控制策略等；6-1,6-2,6-16,6-19,6-20,6-21矢量控制策略分析；熟练掌握电动机运动PID控制算法，运动控制对象建模；常用伺服掌握滑膜变结构控制原理控制策略；PID控制算法剖课程目标3析；滑膜变结构控制基本原8作业7-3,7-4,7-9,7-10,7-11,课程目标4理；PMSM电机的控制系统设计与仿真7・13或14,7-15运动控制器硬件、软件；数控掌握运动控制器软硬件组成，熟练掌机床运动控制系统分析；插值握数控原理，理解工业机器人运动控课程目标3原理及其应用；数控程序编4制方法课程目标4程；工业机器人控制器案例分作业8-1,8-3,8-4,8-5,8-8析，编程语言简介；备注根据学生学情适当调整教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过大作业来对学生自学情况进行考核

五、实践环节及基本要求无课内实践环节，对应本课程有《运动控制装置课程设计》

六、达成目标的途径和措施《运动控制理论》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习、典型案例分析和作业练习1课堂教学主要讲述典型机构、减速器、联轴器、连杆机构等；坐标系的建立，位置运动学、典型的动力学建模方法；位移、角度、速度、加速度传感器；电机驱动器、新型驱动器；被控对象建模、分析；PID控制算法、滑膜变结构控制算法、智能控制算法；仿真基础；单电机的控制；PMSM伺服运动控制系统仿真分析；运动控制器硬件与软件；运动控制系统发展方向等，结合作业练习，使得学生掌握运动控制系统相关基本理论知识

（2）通过对典型对象机器人、倒立摆、电机驱动的关节等案例分析，使学生获得对多自由度运动机构建模能力

（3）通过对PMSM电机的位置、速度、电流闭环控制算法设计过程分析、基于MATLAB的仿真方法演示及其控制器系统的讲解和案例分析，使得学生掌握综合应用所需原理知识、控制器、电路技术等，设计控制系统能力

（4）通过课堂提问、交流和大作业（电机驱动的单关节运动控制）讨论不同控制算法的优劣以及对具体复杂工程问题的适用性，使得学生获得比较、分析和改进设计的能力

七、考核方法及成绩评定表3考核方法及成绩评定表考核形式占比评定标准考核内容大作业与运动控制系统设计相关的文献检索、资料查询根据与参考答及运用MATLAB进行计算仿真及绘案一致性评定10%图为五级考核课堂教学各知识点的理解程度、听课效果和根据与参考答掌握熟练度案一致性评定过程平时作业成绩10%为五级考核以到课率，课堂互动回答问题等形式，检验学生中国计量学院学习态度学生课程平时课堂表现成绩10%成绩考核细则试题共包含判断题（考核基本概念），选择题（考试卷参考答案核方法要点），填空题（考核概念），简答题（考和评分标准核模型基础、坐标变换、控制系统框图和数控编期末期末考试成绩程等），推理计算题（考核针对工程问题的计算70%考核和推理能力），自主设计题（考核综合应用所学知识真的针对特点复杂工程问题的设计能力）表4课程目标考核环节和达成标准教学环课程目标考核环节合格标准节课程目标讲授平时作业成绩A

0.6期末考试成绩C11口—0,7C

10.1A目标达弧=4西+族X.平时作业成绩A期末考试成绩C2课程目标2讲授

0.60・7C

20.1A目标达弧=4鬲+族X.平时作业成绩A大作业B课程目标3讲授期末考试成绩C

30.6口匕-07C

30.1A0,1B目标达3=4区＞4百+寸瓦平时作业成绩A课堂表现成绩B讲期末考试成绩C4课程目标4授、讨

0.6口匕-07C

40.1A0,1B论目标达3=4匹+瓦

八、推荐教材与主要参考书1推荐教材王斌锐等编著，《运动建模与控制系统设计》，清华大学出版社，2014年网络教学平台-BB平台2推荐参考书雷丹等编著，《运动控制系统》，人民邮电出版社，2013年厉虹等编著，《伺服技术》，国防工业出版社，2008年舒志兵等编著，《交流伺服运动控制系统》，清华大学出版社，2006年阮毅等主编，《运动控制系统》，清华大学出版社，2006年。